本发明涉及一种卫星网络中低时延资源控制的业务传输方法。
背景技术：
卫星网络中，终端在业务传输之前，首先需要获取时隙资源才能传输数据包。时隙的占用方式分为固定分配，随机接入和按需分配三种方式。对于固定分配的时隙，终端可以直接占用时隙传输数据包；对于随机接入的动态时隙，终端需要抢占时隙并传输数据包；对于按需分配的时隙，终端业务传输的基本过程描述为:1)终端通过上行控制信道发送业务传输资源请求信令；2)中心控制器smac层资源管理模块分配时隙资源，通过下行控制信道发送分配的时隙；3)终端接收到分配的时隙，发送接收确认消息。4)终端占用分配的时隙发送数据包。可见，不同的方式获取时隙资源的方式和内容是不同的，卫星网络通过mac层(smac)的资源控制模块的容量请求与资源分配功能实现业务接入与数据包传输。
卫星网络smac层支持连续速率分配，基于速率的动态容量分配，基于流量的动态容量分配和空闲容量分配四种分配算法。
连续速率分配不需要终端发送容量请求，卫星控制器通过静态固定分配的方式为终端分配时隙，通过控制信道下发到终端，终端接收到分配的时隙之后，在分配的时隙上传输业务，如果没有业务传输，则该时隙保持空闲状态。
基于速率与流程的动态容量分配方式需要终端首先通过上行控制信道上报业务传输容量/速率传输需求，中心控制器分配信道之后，通过控制信道返回分配的时隙，终端通过控制信道上报接收确认信息，然后占用被分配的时隙传输数据包。
空闲容量分配指的是无需任何请求，卫星控制器直接根据配置文件为终端分配容量，并通过控制信道将冗余空闲信道分配情况发送给终端，这种分配方式属于冗余分配，目前采用的比较少。
通过按需业务传输过程可知，smac层的资源控制方案不但要解决时隙资源分配问题还需要设计合理的信令交互过程。
连续速率分配方案在低用户容量的场景下简单易行，但是随着用户容量的增加，用户接入成功概率低下带来的时延问题越来越严重。基于速率/流量的动态容量分配方式属于按需分配方式，可以满足用户的传输需求，也具有较好的网络容量性能，但是其分配方式如图1(1)-(2)所示，突发业务与按需分配业务占用的时隙离散化，一方面，不便于smac进行资源管理，另一方面，中心控制器需要将当前帧的时隙结构广播给终端，离散化的时隙分配方式表占用了很长的字段，同时也增加了突发业务选择时隙的难度。
卫星网络的控制信令与业务传输相分离，即控制信令经由控制平面管理，通过控制信道传输，业务经由用户平面管理，通过业务信道传输。这种方式传输可靠性高，但是对于星地传输时延大的卫星网络而言(例如，同步卫星传输时延270ms)，通过三次握手获取时隙资源池的时间代价将近1s，严重影响了端到端时延性能。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星网络中低时延资源控制的业务传输方法，解决随机时隙离散的问题，同时给出一种精简信令传输方案，通过控制信令与业务信令相互携带的方式减少信令交互过程，改善系统时延性能，本发明方法中倒序按需时隙分配方法，中心控制器根据终端流量/容量需求动态分配时隙，时隙号从帧尾开始逆序分配，实现了按需分配时隙聚合，便于中心控制器资源管理与突发业务的时隙选择；另外通过小容量业务随信令传输与大容量业务携带信令指示传输的方法，突破了控制信令与业务传输完全分离的状态，精简了信令交互过程，减少了系统传输时延。
本发明的技术解决方案是：一种卫星网络中低时延资源控制的业务传输方法，包括如下步骤：
(1)倒序按需时隙分配；所述的倒序按需时隙分配的方法为：根据终端流程容量需求动态分配时隙，时隙号从帧尾开始逆序分配；
(2)控制信令与业务传输相互携带传输；所述的控制信令与业务传输相互携带传输方法为：控制信令传输过程携带业务数据传输，控制业务传输过程携带信令传输指示。
所述的倒序按需时隙分配方法中按需分配时隙与随机接入时隙分离，按需分配时隙长度与随机接入时隙长度可以随着网络容量动态调整，按需分配时隙总长度与随机接入时隙总长度具有最大最小长度约束。
所述的控制信令与业务传输相互携带传输过程中smac层实现信令与业务数据包提取。
所述的倒序按需时隙分配方法中使用滑动窗口适应调整动态按需分配时隙长度。
所述的控制信令与业务传输相互携带传输过程中：
当终端检测需要扩展预约时隙资源时，终端在当前预约时隙发送业务数据的时，携带时隙扩展指示expand_request、时隙扩展长度。
所述的控制信令与业务传输相互携带传输过程中：
(1)中心控制器根据轮询表，向终端a发送消息poll，并根据是否有发向终端a的报文，进行不同的呼叫内容组合，同时启动定时器tpoll和计数器npoll；
(11)若没有发送到终端a的报文，则消息poll只携带询问字段，询问终端a是否有发向中心控制器的报文；
(12)有发送到终端a的报文，则根据报文长度进行消息内容组合；
(a)如果发送的是长报文，则发送消息poll-resgt，并携带消息长度、帧号、时隙号；
(b)如果发送的是短报文，则发送消息poll-data，并携带短报文；
(2)终端a接收到中心控制器发送的消息poll，判断消息poll的目的地址是否为本终端地址：
(21)是本终端地址，则接收报文并根据报文传输指示信息进行接收应答处理，同时判断本终端是否有发送到中心控制器的报文，如果有，则携带在应答信息中；
(a)如果中心控制器发送的是消息poll-resgt或者poll-data，则判断报文的长度:
如果携带的是短报文，则直接接收data内容，接收完毕，进入步骤c)；
如果携带的是长报文，则记录预约传输资源位置信息，进入步骤(c)；
(b)如果消息poll不携带报文传输指示信息，直接进入步骤(c)；
(c)终端a判断消息poll携带内容是否接收成功：
接收成功，向中心控制器发送消息ack，携带成功传输指示信息1，并检测是否有发送到中心控制器的消息：
如果有发送到中心控制器的消息，则判断将要发送的报文长度：
长报文，发送消息ack-reqgt，携带预约传输资源预约字段、预约的时隙长度，同时启动定时器treqgt；
短报文，发送消息ack-data，携带data内容，同时启动定时器tdata；
如果没有发送到中心控制器的消息，消息ack中除了接收指示信息之外不携带其他任何信息；
接收失败，发送消息ack，携带失败传输指示信息0，并检测是否有发送到中心控制器的消息：
如果有发送到中心控制器的消息，则判断将要发送的报文长度：
长报文，发送消息ack-reqgt，携带预约传输资源预约字段，预约的时隙长度，同时启动定时器treqgt；
短报文，发送消息ack-data，携带data内容，同时启动定时器tdata；
如果没有发送到中心控制器的消息，消息ack/nack中除了接收指示信息之外不携带其他任何信息。
(22)不是本终端地址，则丢弃报文；
中心控制器接收到终端a发送的消息ack/nack，停止tpoll和npoll，检测其报文传输指示消息；
(23)如果成功接收指示为1，则检测是否有发送到中心控制器的报文：
(a)如果有发送到中心控制器的消息，则判断报文长度指示字段；
长报文，则根据报文长度分配资源池，并携带在消息ack-resgt中发送到终端a；
短报文，则开始接收内容data；接收完毕，向终端a发送消息ack；
(b)如果检测没有发送到中心控制器的消息，则按照轮询表开始向下一个终端发起消息poll；
(24)如果成功接收指示为0，则检测报文传输指示字段，同时进行消息重传内容组合：
如果检测有发送到中心控制器的消息，则判断报文长度指示字段；
长报文，则根据报文长度分配资源池，并携带在重传消息ack-resgt-data/ack-resgt-resgt中发送到终端a；
短报文，则开始接收data内容，接收完毕，向终端a发送消息ack，同时携带重传消息ack-data/ack-resgt；
如果tpoll超时，没有收到消息ack/nack，则npoll+1，继续轮询该终端a，最大轮询次数次轮询呼叫没有应答，则认为该终端已经脱网，进行脱网处理；
终端a接收到消息ack/ack-resgt/ack-resgt-data/ack-resgt-resgt后，停止定时器treqgt/tdata判断是否有资源池指示信息:
(25)如果有，存储资源池位置信息；
(26)如果没有，不作任何处理。
如果treqgt或tdata超时，没有收到消息ack以及任何ack的消息组合，则不能再次主动发起业务。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法中倒序按需时隙分配方法作为一种资源管理方案可以应用到各种网络中，例如卫星网络，lte，wimax，wlan，wifi，nb-lot，时隙可以是单个时隙也可以是时隙块，滑动窗可以是虚拟的概念，也可是实际设置的时隙长度阈值；
(2)本发明方法中控制信令与业务传输相互携带传输方法不局限于卫星网络，也可以应用到各种地面网络，例如lte，wimax，wlan，wifi，nb-lot等，可以根据实际的网络情况应用到各种传输流程，例如链路释放过程，链路建立过程，呼叫建立过程等，具有很好的使用价值。
附图说明
图1为本发明方法中动态时隙分配示意图；
图2为本发明方法中动态分配时隙时隙分配方案图；
图3为本发明方法中时隙扩展流程图；
图4为poll流程流程图；
图5为本发明方法流程图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种卫星网络中低时延资源控制的业务传输方法，如图5为本发明方法流程图，本发明包括倒序按需时隙分配、控制信令与业务传输相互携带传输，其中：倒序按需时隙分配方法包括，控制中心控制器根据终端流程容量需求动态分配时隙，时隙号从帧尾开始逆序分配；按需分配时隙与随机接入时隙分离；按需分配时隙与随机接入时隙长度可以随着网络容量动态调整；按需分配时隙总长度与随机接入时隙总长度具有最大最小长度约束。控制信令与业务传输相互携带传输方法，包括信令传输可以携带小容量业务传输；业务传输可以携带信令传输指示等控制信息；控制平面与用户平面实现跨平面管理；smac层增加跨平面管理模块，实现信令与业务数据包提取，分离与回归。下面结合附图和实施方式对本发明方法进行更详细的解释和说明。
实施例1
基于速率/流量的动态容量分配方式采用随到随传，随传随竞争/申请资源池的方案，对于来自于多个终端的需要连续占用多个时隙的多种类型业务，卫星控制器需要按需为终端动态分配时隙资源池，如图1(1)所示，随机接入时隙资源分散，不利于随机接入算法的实现；或者如图1(2)所示，将整个时隙划分为随机接入部分和动态按需分配部分，当动态分配业务量远远低于动态分配时隙传输容量的时候，空闲时隙将被浪费。本实施例兼顾上述方案的弊端，将随机接入时区长度和动态分配时区长度设计为动态可调的，如图1(3)所示，卫星控制器在动态分配时区按需分配时隙，滑动窗口根据实际时隙分配量调整动态分配区的长度。这样一方面避免了随机接入时隙的离散化，另一方面也提高了时隙利用率。
为便于资源管理，将离散的动态按需分配时隙聚合到一起，从帧尾开始的倒序分配方案如图2所示，以帧尾时隙为起始时隙，逐个时隙向前分配，当分配到满足申请帧的业务需求时或者达到动态按需分配时隙的最大长度约束时停止。因此，对于不同的帧的动态分配时隙的总长度随着网络业务量的变化而变化，同时随机接入时隙的长度也相应发生改变。
实施例2
本实施例以时隙扩展为例描述时隙扩展信息传输流程，如图3所示，通过在业务传输过程中携带控制信令指示减少信息交互过程。在协议栈结构上，需要在smac层增加控制面与用户面交互管理模块，负责提取信令与业务数据，实现信令回归控制平面，业务回归用户平面的暗箱操作。
当终端有时隙扩展需求的时候，可以在当前预约时隙传输业务的同时，携带时隙扩展指示信息，流程描述如图3(2)所示。
(1)终端检测需要扩展预约时隙资源时，终端在当前预约时隙发送业务data的时候，携带时隙扩展指示expand_request，同时包含时隙扩展长度相关信息；
(2)控制器接收到业务之后，解析并判断，为该终端分配扩展时隙，协同ack消息一起发送给终端；
(3)终端持续在扩展时隙上发送业务。
本发明方案精简了终端通过随机竞争时隙发送时隙扩展控制信令的两条消息，从网络系统性能而言，减少了与突发消息之间竞争时隙的碰撞概率，减少了系统消息在网数量，进一步减少了消息之间串扰的概率；从终端性能而言，原方案可能会由于竞争失败而导致发送控制消息时延，以至于业务传输中断，本发明方案中终端的时隙扩展消息在固定的分配时隙中发送，保障了发送成功概率与端到端时延，亦不会带来终端业务传输中断的场景，即改善了终端业务的传输时延。
实施例3
本实施例以轮询接入为例，描述信令消息中携带小容量业务传输内容或者相关的大容量业务传输指示信息传输流程，如图4所示。在协议栈结构上，需要在smac层增加控制面与用户局面交互管理模块，负责提取信令与业务数据，实现信令回归控制面，业务回归用户面的暗箱操作。
如果在当前时隙调度终端a，则中心控制器向终端a发送消息poll，以询问终端是否有发送到中心控制器的报文，该过程中，如果中心控制器有发向终端a的报文，需要携带在poll消息中。
示例中用长报文表示需要连续占用多个时隙或者时隙块的大容量业务，用短报文表示在当前时隙，单个时隙或者单个时隙块就可以完成的业务。
(1)中心控制器根据轮询表，向终端a发送消息poll，并根据是否有发向终端a的报文，进行不同的呼叫内容组合，同时启动定时器tpoll，和计数器npoll；
(11)没有发送到终端a的报文，则消息poll只携带询问字段：询问终端a是否有发向中心控制器的报文；
(12)有发送到终端a的报文，则根据报文长度进行消息内容组合；
(a)如果发送的是长报文，则发送消息poll-resgt，至少携带将要占用的gt资源相关信息(消息长度，帧号，时隙号)；
(b)如果发送的是短报文，则发送消息poll-data，携带具体消息内容。
(2)终端a接收到中心控制器发送的消息poll，判断消息poll的目的地址是否为本终端地址：
(21)是本终端地址，则接收报文并根据报文传输指示信息进行相应的接收/应答处理，同时判断本终端是否有发送到中心控制器的报文，如果有，则需要携带在应答信息中。
(a)如果中心控制器发送的是消息poll-resgt或者poll-data，则判断报文的长度:
如果携带的是短报文，则直接接收data内容，接收完毕，进入步骤(b)；
如果携带的是长报文，则记录预约传输资源位置信息(以等待在该预约时隙上接收消息)，进入步骤(b)。
(b)如果消息poll不携带报文传输指示信息，直接进入步骤(c)；
(c)终端a判断消息poll携带内容是否接收成功：
接收成功，向中心控制器发送消息ack，携带成功传输指示信息1，并检测是否有发送到中心控制器的消息：
如果有发送到中心控制器的消息，则判断将要发送的报文长度：
长报文，发送消息ack-reqgt，至少携带预约传输资源预约字段，预约的时隙长度等相关信息，同时启动定时器treqgt；
短报文，发送消息ack-data，至少携带data内容，同时启动定时器tdata。
如果没有发送到中心控制器的消息，消息ack中除了接收指示信息之外不携带其他任何信息。
接收失败，发送消息ack(或者叫做nack消息)，携带失败传输指示信息0，并检测是否有发送到中心控制器的消息：
如果有发送到中心控制器的消息，则判断将要发送的报文长度：
长报文，发送消息ack-reqgt，至少携带预约传输资源预约字段，预约的时隙长度等相关信息，同时启动定时器treqgt；
短报文，发送消息ack-data，至少携带data内容，同时启动定时器tdata。
如果没有发送到中心控制器的消息，消息ack/nack中除了接收指示信息之外不携带其他任何信息。
(22)不是本终端地址，则丢弃报文。
中心控制器接收到终端a发送的消息ack/nack，停止tpoll和npoll，检测其报文传输指示消息，
(23)如果成功接收指示为1，则检测是否有发送到中心控制器的报文：
(a)如果有发送到中心控制器的消息，则判断报文长度指示字段
长报文，则根据报文长度分配资源池，并携带在消息ack-resgt中发送到终端a；
短报文，则开始接收内容data；接收完毕，向终端a发送消息ack。
(b)如果检测没有发送到中心控制器的消息，则按照轮询表开始向下一个终端发起消息poll，进入步骤<1>。
(24)如果成功接收指示为0，则检测报文传输指示字段，同时进行消息重传内容组合，即：
(a)如果检测有发送到中心控制器的消息，则判断报文长度指示字段
长报文，则根据报文长度分配资源池，并携带在重传消息ack-resgt-data/ack-resgt-resgt中发送到终端a；
短报文，则开始接收data内容，接收完毕，向终端a发送消息ack，同时携带重传消息ack-data/ack-resgt；进入步骤<1>；
如果tpoll超时，没有收到消息ack/nack，则npoll+1，继续轮询该终端a，最大轮询次数为n(n＝2)；n次轮询呼叫没有应答，则认为该终端已经脱网，进行脱网处理(即将该终端从轮询表中删除等)，不在本文档设计范围之内。
终端a接收到消息ack/ack-resgt/ack-resgt-data/ack-resgt-resgt之后，停止定时器treqgt/tdata,判断是否有资源池指示信息:
(25)如果有，存储资源池位置信息，等待到该资源池位置向中心控制器发送消息；
(26)如果没有，不作任何处理。
如果treqgt或tdata超时，没有收到消息ack以及任何ack的消息组合，则不能再次主动发起业务，只能在动态接入区提起业务发送请求，见动态接入区传输方案。
其中，上述过程中，所有终端需要持续侦听系统消息，如果接收到resgt消息，则更新本终端记录的信道状态利用表。如果中心控制器有报文需要传输给终端，但是还没有轮到终端a的呼叫流程，则先将报文缓存。上述过程中的ack消息，按需执行，如果没有必要，则不用回去ack消息。上述定时器和计时器根据实际情况进行采纳与设置。上述过程中消息至少携带字段描述如下：poll：至少携带终端id和报文长度指示信息；poll-data：至少携带终端id，业务类型，业务优先级，消息长度信息；poll-resgt：至少携带预约消息类型，预约传输帧号(例如：起始帧到结束帧)，时隙号等；ack-data：至少携带接收状态，传输指示，传输内容相关信息(类型，优先级等)；ack-reqgt：至少携带预计申请的资源块大小等。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。